基于SOPC的嵌入式数据传输系统设计

摘要

随着信息技术的快速发展,越来越多的嵌入式电子产品走进了人们的生活,嵌入式系统开发技术越来越受到广大电子工程师的青睐。可编程片上系统(System On a ProgrammableChip,简称SOPC)是嵌入式技术发展到一定程度的必然产物。SOPC是一种特殊的嵌入式系统:首先它是一个片上系统(System On Chip,简称SOC),即由单个芯片完成整个系统的主要逻辑功能;其次,它又是一个可编程系统,即系统中的硬件和软件均可通过编程来实现。SOPC的硬件可以由用硬件描述语言(Hardware Description Language,简称HDL)实现的IP核构成。因此设计人员可以根据具体的设计需要来修改Xilinx公司提供的IP核,或者设计自定义的IP核。这样就可以裁剪掉系统不需要的功能,添加系统需要的功能,定制出适合设计需求的系统。
　　 本文通过对SOPC技术和USB传输技术的深入研究,详细介绍了系统总体方案设计、FPGA内数据接口设计、USB模块的设计、上位机软件及驱动设计等过程。设计最终完成了预期的任务,在Xilinx FPGA的上基于SOPC技术实现了嵌入式数据传输系统。整个设计过程主要包含以下内容:
　　 1、在认真分析Xilinx公司的FPGA芯片和MicroBlaze软核处理器的基础上,深入学习了Xilinx公司的ISE逻辑开发套件以及EDK嵌入式开发套件。使用这些套件在FPGA上进行嵌入式系统设计。充分利用EDK嵌入式开发套件提供的丰富的IP资源,构建了一个比较完整的嵌入式系统。
　　 2、根据UART传输协议和USB芯片的传输要求,在FPGA上完成了UART模块和USB模块的逻辑设计,并且使用Modelsim软件进行了功能仿真和时序仿真,并把两个模块的设计下载到FPGA开发板上验证成功。
　　 3、在认真分析USB2.0协议的基础上,深入学习Cypress公司的EZ-USB FX2LP系列芯片的Slove FIFO工作模式。在Keil集成开发环境里,使用Cypress公司CY3684开发包,开发USB固件。利用Cypress USB Console软件在USB硬件上下载固件并进行调试。
　　 4、在Linux操作系统下利用通用USB驱动Libusb开发了PC机的上位机软件,实现了在PC机上控制和接收FPGA传过来的数据。